酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)電子信息工程技術(shù)專業(yè)(編輯修改稿)
2025-01-09 09:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 接外部晶體的另一端，在該引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳 接受時鐘 振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 ⑵ 控制引腳： PSEN 、 ALE、 EA、 RESET（ RST）。此類引腳提供控制信號，有的還具有復(fù)用功能。 ① RST/VPD引腳： RESET（ RST）是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于 2個機(jī)器周期（ 24 個振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。在單片機(jī)工作時，此引腳應(yīng)為≤ 低電平。 VPD為本引腳的第二功能，即備用電源的輸入。當(dāng)主電源發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時，將 +5V 電源自動接入 RST 端，為內(nèi)部 RAM 提供備用電源，以保證片內(nèi) RAM 的信息不丟失，從而使單片機(jī)在復(fù)位后能正常進(jìn)行。 ② ALE/ PROG 引腳： ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作后 ALE 引腳不斷輸出正脈沖信號。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時， ALE 輸出信號的負(fù)跳沿用于單片機(jī)發(fā)出的低 8 位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號。即使不訪問外部鎖存器， ALE 端仍有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率的 1/6。 PROG 為該引腳的第二功能。在對片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程寫入時，此引腳作為編程脈沖輸入端。 11 ③ PSEN 引腳：程序存儲器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲器的選通信號。此引腳接外部程序存儲器的 OE（輸出允許端）。 ④ EA/VPP引腳： EA功能為片內(nèi)程序存儲器選擇控制端。當(dāng) EA引腳為高電平時，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲器，但在 PC 值超過 0FFFH 時，即超出片內(nèi)程序存儲器的 4KB 地址范圍時將自 動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng) EA引腳為低時，單片機(jī)只訪問外部程序存儲器，不論是否有內(nèi)部程序存儲器。 ⑶ I/O 口引腳： P0、 P P P3，為四個 8位 I/O 口的外部引腳。P0 口、 P1 口、 P2口、 P3口是 3個 8位準(zhǔn)雙向的 I/O 口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這 3 個準(zhǔn)雙向 I/O 口作輸入口使用時，要向該口先寫 1，另外準(zhǔn)雙向口 I/O 口無高阻的“浮空”狀態(tài)。 由于單片機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、耗電少等突出特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采用 89C51 單片機(jī)，硬件 設(shè)計(jì)電路圖如圖 1 所示。 89C51 內(nèi)部有 4KB 的 EPROM， 128 字節(jié)的 RAM，所以一般都要根據(jù)所需存儲容量的大小來擴(kuò)展 ROM 和 RAM。本電路 EA接高電平，沒有擴(kuò)展片外 ROM 和 RAM。 傳感器的選擇 由于本系統(tǒng)直接測量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器。考慮到周圍空氣中的氣體成分可能影響傳感器測量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對酒精氣體敏感，對其他氣體不敏感，故 選用 MQ3 型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使 用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 MQ3 型氣敏傳感器由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2 敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器 12 的標(biāo)準(zhǔn)回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻 RS 的變化，是通過與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效電壓信號 VRL 輸出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為： RS／ RL=(VCVRL)／ VRL，其中 VC 為回路電壓為10V。負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為 0． 5200K。加熱電壓 Uh 為 5v。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 05V。 MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形 、 標(biāo)準(zhǔn)回路 、 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖 24 所示。為了使測量的精度達(dá)到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需將傳感器預(yù)熱 5分鐘。 圖 24 傳感器電路、結(jié)構(gòu)及關(guān)系圖 13 MQ3實(shí)物圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測量對象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號（電壓或電流），這些模擬電信號必 須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為 A/D 轉(zhuǎn)換器（ ADC）。 A/D 轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好，價格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價格適中；三是并行 A/D 轉(zhuǎn)換器，速度快，價格也昂貴。 該設(shè)計(jì)中選用的是 ADC0809 屬第二類，是 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。每采集 14 一次需 100μ s。 0809 具有 8路模擬信號輸入端口，地址線（ 2325 腳）可決定那一路模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 22腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。 6腳為測試控制，當(dāng)輸入一個 2μ s的高電平脈沖時，就開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 7 引腳為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時， 7 腳輸出高電平。 9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許端，當(dāng) OE腳為高電平時， A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 10 腳為 0809 的時鐘輸入端。 ADC0809 的引腳及功能 根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理可將 A/D 轉(zhuǎn)換器分為兩大類。一類是直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，另一類是間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器。該設(shè)計(jì)中的 ADC0809 屬于直接 A/D 轉(zhuǎn)換器中的逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換 器。逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器在精度、速度、和價格上都適中，是最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器件。芯片采用的是 ADC0809，以下介紹 ADC0809 的引腳及功能。芯片如圖 24 所示。 圖 24 ADC0809 的引腳 15 ADC0809 是一種逐次比較式 8路模擬輸入、 8位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。由圖可見， ADC0809 共有 28 個引腳，采用雙列直插式封裝。主要引腳功能如下： ⑴ IN0IN7 是 8路模擬信號輸入端。 ⑵ D0D7 是 8 位數(shù)字量輸入端。 ⑶ A、 B、 C與 ALE 控制 8 路模 擬通道的切換， A、 B、 C分別與 3根地址線或數(shù)據(jù)線相連， 3位編碼對應(yīng) 8個通道地址端口。 C、 A、 B = 000111分別對應(yīng) IN0IN7 通道的地址。 需要注意的是： ADC0809 雖然有 8 路模擬通道可以同時輸入 8 路模擬信號，但每個瞬間只能換 1 路，各路之間的切換由軟件改變 C、 A、 B引腳上的代碼來實(shí)現(xiàn)。 ⑷ OE、 START、 CLK 為控制信號端， OE 為輸出允許端， START 為啟動信號輸入端， CLK 為時鐘信號輸入端。 ⑸ VR(+)和 VR()為參考電壓輸入端。 ADC0809 的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖 25。 ADC0809采用逐次比較的方法完成 A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的 +5V 電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的 8 路選 1 的模擬開關(guān)，由 C、 B、 A 引腳的功能來決定所選的通道。 0809 完成一次轉(zhuǎn)換需 100μ s左右，輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連接到 MCS51 的數(shù)據(jù)總線上。 通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?0809 可對 05V 的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
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